[发明专利]一种水平掺铬半绝缘砷化镓晶体的生长设备

说明书

技术领域：

本发明涉及电气元件的制造，特别是一种水平掺铬半绝缘砷化镓晶体的生长设备。

背景技术：

现有的水平掺铬半绝缘砷化镓晶体的生长是在一个圆筒形热场装置内进行，热场装置是在一个水平放置的保温层内沿圆周轴向均匀固定有一个加热体3，在保温层上中部设有一个视窗2，对应视窗在热场内设有一个籽晶腔6，在籽晶腔的左边设有反应舟7，反应舟外周是主反应室8，在主反应室左端设有封泡9，在籽晶腔的右边加热体内圆上设有一个外端密封的辅助加热体4，辅助加热体内放置有一个辅助反应室5。这种设备的主反应室即是晶体生长室，辅助反应室即是砷压控制室，砷压控制室是利用砷在一定温度下具有一定饱和蒸汽压的原理，通过严格控制砷的温度，使砷的蒸汽压等于砷化镓熔点温度时的离解压，砷压控制室温度一般控制在600-700℃，而拉晶温度则高达1300℃，在此种情况下为避免高温对砷压反应室温度的影响，人们通常把砷压反应室做成一个细长的反应管，长度可达40-50厘米。这样既增加了设备制造难度，又增加了晶体生长的成本，况且在固液介面固相区有多个加热体，使晶体生长时轴向温度梯度增加困难，这直接影响了晶体生长的成晶率。对大直径晶体生长尤为明显。

发明内容：

本发明的目的是在于提供一种设备制造容易，晶体生长成本低，热稳定性好、晶体生长的成晶率高的水平掺铬半绝缘砷化镓晶体的生长设备。

本发明的技术方案是以如下方式完成的，它包括一个水平放置的筒形热场装置，其特征在于：热场装置内对应于保温层上的视窗在反应室内反应舟的籽晶腔下部设有一个砷压腔。

本发明用一个反应室来完成掺铬半绝缘砷化镓晶体的生长过程，使设备简化，制造容易，晶体生长成本低，而且只用一个加热体热稳定性好，成晶率高。

附图说明：

图1是现有技术的结构示意图，图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

本发明用严格控制反应室8内石英反应舟7上砷压腔10内的砷量来维持蒸汽压，晶体生长时整个系统都保持在砷的冷凝点以上，此时砷压的变化受温度变化的影响很小，用来控制砷压的砷量维持在原量砷化镓多晶量的5-10‰，掺入的纯铬量控制在3-5‰。

其工艺过程是：

1、用金刚砂快速均匀地将砷反应舟内腔喷毛，待达到隔着石英反应舟在15-30厘米距离能清晰观察到100W的白炽灯灯丝时，即可；

2、将经过喷砂的石英反应舟再经过酸处理，超声清洗，烘干后，放置于900-1300℃的熔熔镓液中进行烧制约1-5小时，取出石英反应舟备用；

3、在洁净的室内把砷化镓多晶装入反应舟内，籽晶放入籽晶腔6，再把砷化镓多晶量5-10‰的砷放入砷压腔10，将砷化镓多晶量为3-5‰的纯铬粉沿轴向均匀地撒在石英反应舟内的砷化镓多晶上，然后把装满砷化镓多晶及砷和铬的反应舟轻轻推入反应室8，再把经脱气处理后的反应室用石英封泡9进行密封，使反应室内的砷化镓多晶始终处于真空状态。

4、把密封好的反应室放在设备内，用电加热体3加热，在1-3小时内使温度升至1200-1300℃，砷化镓多晶体开始慢慢熔化，使其熔化完毕后轻轻上下移动反应室，使熔体和籽晶接触，10-30分钟后，降低温度2-10℃，晶体开始生长，生长速度为2-15毫米/小时，温度梯度为5-10℃

5、单晶生长完毕后以每小时5-15℃的速度降温至700-1000℃时停电，让其自然冷却到室温时取出晶体。

本发明的设备生长的掺铬半绝缘砷化镓单晶，成晶率高，位错小，铬浓度低，热稳定性好，具有较好的化学计量比，所做的器件具备高频低噪特性。